Кадры решают все!

Изображение на экране типичного бытового телевизора обновляется с частотой 50 раз в секунду. Казалось бы, этого вполне достаточно – в кинотеатре картинка и вовсе меняется 24-25 раз в секунду. Зачем нужно больше, ведь мы и так видим на экране достаточно яркое, контрастное, и детализированное изображение, особенно в новейших моделях телевизоров, поддерживающих Full HD разрешение? Но не все так просто: оказывается, большая частота кадров дает очень весомые преимущества…

Чаще – значит лучше

Представим, что происходит, когда на типичном жидкокристаллическом телевизоре демонстрируется динамичное, быстро изменяющееся изображение. Это не такая уж редкость: гепард, преследующий антилопу на Animal Planet, стреляющие из куриной пушки «Разрушители легенд» на Discovery и даже стремительно несущиеся и меняющиеся на ходу трансформеры с DVD — в любом из этих случаев стандартных 50 Гц для отображения быстрых движений может оказаться недостаточно. То же самое касается спортивных соревнований: представьте, например, хоккеиста-вратаря, отбивающего летящую шайбу – если вратаря при низкой частоте кадров вы рассмотрите еще более-менее нормально, то шайба рискует вообще потеряться из виду. Потому как при низкой частоте кадровой развертки быстро перемещающиеся по экрану объекты выглядят нерезкими, размытыми. Или отображаться дискретно, что тоже не добавляет реализма изображению – создается иллюзия, что предметы перемещаются рывками.

Как же решить эти проблемы? Ответ очевиден: нужно постараться воспроизвести естественно плавную динамику движения быстрых объектов. Сделать это можно только одним способом – увеличив частоту смены кадров. Только это позволит более четко визуализировать перемещения динамичных объектов. Например, летящий футбольный мяч уже не будет мельтешить по экрану, а будет плавно перемещаться по его площади, что делает изображение более реалистичным. Но откуда же взять недостающие кадры? Ведь источник видеосигнала их не передает. Как ни парадоксально это звучит, но недостающие промежуточные кадры приходится «выдумывать». Занимается этим специальный чип – «выдумщик», называемый видеопроцессор. Именно он создает новые кадры, вставляя их между уже существующими. Попутно видеопроцессор успевает заниматься шумоподавлением, увеличением резкости изображения, коррекцией цветопередачи и иными полезными делами.

Первые сто

Сначала их было 100. Сто кадров в секунду. Втрое меньше, чем хорошо известных спартанцев, но дело свое они выполняли исправно. И хотя при технологии 100 Гц между двумя последовательными «настоящими» кадрами вставлялся всего один промежуточный, результат вполне того стоил: резкие переходы между последовательными кадрами становились мягче, а для динамичных изображений на экране начинали просматриваться детали, которые были малозаметны, а то и вовсе неразличимы в обычном режиме. Отметим, кстати, что вставляемые между оригинальными новые фреймы являются уникальными, а не просто копией соседних кадров.

Однако для самых стремительных экшенов даже 100 Гц порой оказывалось мало. Технологии не стоят на месте, и вот производители оборудования уже презентуют нам технологию, способную отображать за секунду еще больше кадров – целых 200. Казалось бы, с такой частотой визуальные огрехи изображения должны безвозвратно уйти в прошлое. Но не тут-то было. Дело в том, что если одни производители действительно перешли на технологию 200 Гц, то другие решили пойти на ухищрения…

Преимущества честности

1. 200 кадров в секунду – это увеличение стандартной частоты кадров в 4 раза! Задача эта не из простых: на сегодня чипы, обеспечивающие вывод честных 200 кадров за секунду, устанавливаются только в телевизоры компаний Samsung и Sony. Только эти бренды используют технологию честных 200 Гц, когда телевизор демонстрирует реальные 200 кадров в секунду — для этого MEMC видеопроцессоры (обычно их два) вставляют между последовательными кадрами стандартного 50 Гц видеопотока еще три полноценных промежуточных изображения.
2. Чтобы добиться скорости смены кадров в 200 Гц, нужно сгенерировать несколько Full HD кадров за пятидесятую долю секунды! Однако современным электронным чипам это вполне по силам. Результатом их работы является самая естественная, мягкая и четкая прорисовка динамических сцен, приобретающих необходимый реализм. При 200 Гц развертке зрение замечает детали и нюансы изображения, о существовании которых раньше приходилось лишь догадываться: они ускользали в нечетко прорисованном «шлейфе» объектов из-за малой частоты кадров. Благодаря технологии 200 Гц вы получаете возможность во всех деталях смаковать скоростную атаку Шевченко и не пропустите стремительный правый боковой удар Кличко. Технология 200 Гц и передает спортивные трансляции невероятно реалистично и четко! Впрочем, технология достаточно универсальна: она добавляет реализма не только спортивным передачам, но и стремительным боевикам, фантастике. Все, кто играет в динамичные игры на большом экране, подключая игровую приставку или компьютер к домашней телевизионной панели, также будут в восторге от новой технологии, придающей небывалый реализм и масштабность событиям на экране.
3. Важно отметить, что улучшение изображения при 200 Гц развертке касается не только динамичных сцен! За счет более детальной проработки мелких деталей, в том числе в глубине сцены, картинка на экране приобретает дополнительную естественную рельефность, а неприятный расплывчатый муар на движущихся наклонных линиях бесследно исчезает даже при просмотре обычных телесериалов и неспешных мелодрам.
4. Даже если смотреть фильмы, отображаемые с оригинальной «кинотеатральной» скоростью 24 кадра в секунду (режим 24p, т.н. прогрессивная развертка без чередования строк), то технология MEMC (Motion Estimation Motion Compensation) добавит целых семь промежуточных кадров, чтобы и в этом случае ваши глаза не увидели мерцания или дискретности изображения. Причем современные телевизоры позволяют регулировать степень обработки дополнительного изображения, подбирая наиболее оптимальный вариант. Если на максимальных настройках будет слишком много чересчур резких мелких деталей, – картинка покажется излишне театральной и «искусственной», – то, переключив телевизор в иной, более «мягкий» режим работы MEMC-чипов, вы легко избавитесь от излишней насыщенности картинки, не потеряв плавности двухсотгерцевого перехода между сценами, разворачивающимися на телеэкране.
5. После того, как вы увидите технологию 200 Гц в работе, то вряд ли сможете вернуться к меньшему: при низкой частоте развертки зрению становятся заметны даже мелкие рывки движущихся объектов, на которые раньше просто даже не обращалось внимание.

Когда двести не равно двумстам

Однако не все производители электроники пошли по прогрессивному пути честной 200 Гц развертки. Некоторые предпочли «обходной» маневр, выдавая за 200-герцовую развертку нечто совсем иное.

Вместо уменьшения размытости изображения движущихся объектов методом интерполяции данных MEMC, основанном на создании дополнительных кадров, эти производители используют другой метод – технологию гашения задней подсветки (т.н. технология сканирующей подсветки, Scanning Backlight). Которая якобы устраняет эффект размытости движущегося изображения.

При работе в псевдо-200 Гц режиме, у телевизора, работающего по технологии Scanning Backlight, используется реальная частота обновления кадров 100 Гц.

При этом экран делится по горизонтали на три части, в которых задняя подсветка синхронно включается и выключается. Чтобы изображение с частотой обновления 100 Гц выглядело как изображение с частотой обновления 200 Гц, к изображению на экране фактически добавляется «бегущий» по экрану с частой 100 раз за секунду темный прямоугольник. Естественно, ничего общего с реальной 200 Гц частотой кадров это не имеет.

Рис. 1. Отличия реальной 200 Гц развертки от псевдо-200 Гц технологии Scanning Backlight.

По словам приверженцев этой (заметим, более дешевой) технологии, черные вставки позволяют минимизировать эффект размытости движущегося объекта, делая более четкими контуры в промежуточном кадре. Также гашение ламп позволяет слегка понизить расход электроэнергии.

Однако при этом обычно скромно умалчивают о весомых недостатках подобного решения.

• Во-первых, пластика динамичного движения не становится более плавной, чем при 100 Гц развертке – ведь фактически в данном случае зритель видит все те же 100 реальных кадров в секунду.
• Во-вторых, за счет гашения ламп снижается общая яркость изображения.
• Ну и в-третьих, на экраны телевизоров Scanning Backlight возвращает мерцание и размытость, от которых, как казалось, мы навсегда избавились с уходом кинескопных телевизоров.

Рис. 2. Недостатки «нечестной» 200 Гц кадровой развертки: пониженная яркость, смазанное изображение и мерцание.

Несмотря на очевидные недостатки метода гашения подсветки и отсутствие в этом случае реальной 200 Гц смены кадров (т.е. фактически речь идет об обмане потребителя), эта технология сегодня широко используется не только производителями второго эшелона, но и такими крупными брендами как LG, Philips, Toshiba и др.

С точки зрения науки

Естественно, поборники псевдо-200 Гц технологии не стеснялись приводить массу аргументов в свою защиту. Однако точку в споре, какая из технологий лучше, окончательно поставили независимые исследования.

Группа профессоров из университета Сан-Диего провела специальное исследование, в котором установила, что традиционная MEMC-технология, обеспечивающая вывод 200 реальных изображений в секунду, гораздо более эффективна, нежели технология, использующая гашение подсветки. Согласно отчету «Сравнение ЖК-телевизоров c частотой обновления изображения 200 Гц и 100 Гц», опубликованному 8 октября экспертами по визуализации и сигнальной обработке, сотрудниками подразделения проектирования электрооборудования и вычислительных устройств Калифорнийского университета Сан-Диего профессором Труонгом Нгюеном (Truong Nguyen) и профессором Стенли Х. Ченом (Stanley H. Chan), ЖК-телевизоры 100 Гц с управлением подсветкой уступают ЖК-телевизорам 200 Гц на базе технологии MEMC. Соответственно с заключением ученых, телевизоры со 100 Гц разверткой на базе управления подсветкой нельзя называть устройствами 200 Гц, поскольку разница в качестве изображения между этими двумя технологиями весьма существенна. В отчете также сказано, что хотя технология MEMC и является более дорогой в реализации, но только она обеспечивает четырехкратное повышение временной разрешающей способности и уменьшает размытие динамичной картинки. Управление же подсветкой снижает яркость изображения и не гарантирует необходимой четкости в быстро изменяющихся сценах.

Издание Consumer Report, публикующее обзоры потребительской электроники, в свою очередь пишет: «Технология «реальных 200 Гц», используемая Samsung и Sony, является наиболее эффективной в минимизации размытия в динамичных сценах. В то же время телевизоры на базе технологии «квази-200 Гц» недостаточно хорошо справляются с таким размытием в сравнении с телевизорами с частотой обновления 200 Гц».

Сайт hdguru.com, в том числе специализирующийся и на обзорах и HDTV, так пишет о LED-телевизорах Samsung серии 8000, поддерживающих 200 Гц развертку: «В отличие от других производителей, которые рекламируют телевизоры с частотой обновления экрана 100 Гц и управлением подсветкой как телевизоры 200 Гц, Samsung использует две микросхемы MEMC, которые обеспечивают реальную частоту обновления 200 Гц».

Итог

Технология 200 Гц – инструмент, действительно повышающий визуальное качество изображения. Пополнение видеоряда промежуточными кадрами заметно улучшает восприятие картинки на экране, особенно в сценах, где ведущие «роли» играют быстро движущиеся персонажи или предметы. Возможность регулировки степени обработки промежуточного изображения только добавляет плюсов этой технологии, которая предназначена для практически всех: и для любителей спорта, и для ценителей фильмов, и для искушенных геймеров.

Однако все эти преимущества реально проявляют себя только в телевизорах с настоящей 200-герцевой частотой смены кадров, которые на сегодня выпускают только компании Samsung и Sony. В то же время широко используемая многими производителями технология псевдо-200 Гц, базирующаяся на затемнении подсветки экрана, имеет существенные недостатки, которые не позволяют ей на равных конкурировать с реальной 200 Гц разверткой.

Изображения взяты из источников: unsplash.com, pixabay.com